Saulės energija be saulės kolektorių - atrastos šviesos savybės padaro tai įmanoma

Atrastas dramatiškas ir nuostabus šviesos magnetinis veikimas. Mokslininkai iš Mičigano universiteto teigia, kad šis atradimas gali atstoti dabartines saulės baterijas, kurios neapsieina be puslaidininkių.

Mokslininkai surado būdą, kaip pagaminti optinę bateriją, sakė Stephen Rand, Elektros Inžinerijos ir Kompiuterių Mokslo, Fizikos ir Praktinės Fizikos departamento profesorius.

Šiam procesui atrasti, atradėjai sugriovė amžiaus senumo fizikos dogmas.
„Jūs galėtumėte stebėti judėjimo lygtį visą dieną ir nepamatytumėte šios galimybės. Mes visi manėme, kad tai nenutinka, sakė Rand, Praktinės Fizikos žurnalo vieno darbo autorius. Tai labai nepaprasta sąveika. Štai kodėl ji buvo neatrasta daugiau nei 100 metų.“

Šviesą sudaro ir elektriniai ir magnetiniai komponentai. Iki pat dabar mokslininkai manė, kad magnetinio lauko poveikis yra toks mažas, jog galima jo nepaisyti. Tačiau Rand su kolegomis atrado, kad tam tikro intensyvumo šviesai, keliaujant per medžiagą, kuri nesukuria elektros srovės, šviesos laukas gali sukurti magnetinį poveikį 100 milijonų kartų stipresnį, nei, kad buvo manyta. Dėl šių priežasčių, magnetinis poveikis sukuria ekvivalentą stipriam elektriniam poveikiui.

Tai gali duoti kelią naujam saulės baterijų tipui be puslaidininkių ir absorbcijos, kad atsiskirtų krūviai, sakė Rand. Saulės baterijos celėje šviesa keliauja į medžiagą, ten ji sugeriama ir išskiria šilumą. Čia mes tikėjomės labai mažo kiekio išskirtos šilumos, tačiau vietoj to, kad šviesa būtų sugerta, energija išliko magnetiniame momente. Intensyvus magnetizmas gali būti sukeltas intensyvios šviesos ir galiausiai perduoti į energijos šaltinį. Tai tampa įmanoma dėl prieš tai neatrastos optinės rektifikacijos rūšies, sako praktinės fizikos doktorantūros studentas William Fisher. Tradicinės optinės rektifikacijos atveju, šviesos elektrinis laukas atskiria krūvius, arba medžiagoje pradeda vienas kitą teigiami ir neigiami krūviai stumti. Tai sukuria voltažą, panašų į bateriją. Šis elektrinis poveikis anksčiau atrastas tik kristalinėse medžiagose, turinčiose griežtą simetriją.

Rand ir Fisher atrado, kad, tam tikromis aplinkybėmis, kitokio tipo medžiagose taip pat yra sukuriama optinė rektifikacija.“Ji iškreipia magnetinį lauką ir elektronai išlinksta į C formą, ir jie juda kartas nuo karto pirmyn. C formos krūvių judėjimas generuoja abu dipolius – tiek elektrinų, tiek ir magnetinį. Jei mes jų galėtume daug surikiuoti vienoje eilėje, tai mes galėtume jį naudoti kaip energijos šaltinį.“
Šviesa privalo kristi ant medžiagos, kuri ne indukuoja elektros srovės, pvz.: stiklo. Taip pat šviesos intensyvumas privalo būti sukoncentruotas 10 milijonų vatų kvadratiniam centimetrui. Saulės šviesa savaime nėra tokio intensyvumo, tačiau ieškomos naujos medžiagos, kurios galėtų veikti ir prie mažesnio intensyvumo, sakė Fisher.
„Mūsų paskutiniame darbe, mes parodėme, kad nekoherentinė šviesa, kaip saulės, teoriškai yra efektyvi tiek pat, kaip ir lazerio šviesa“, sakė Fisher.

Atradėjai teigia, kad ši nauja technika galėtų padaryti saulės energiją pigesnę. Jie tikisi, jog pagerinus medžiagas jie galėtų išgauti 10% efektyvumą, verčiant saulės energiją į naudojamą energiją. Tai ekvivalentu mūsų dabartiniams naudojamiems saulės elementams.
„Kad pagamintumėte modernią saulės celę, jums reikia didelio puslaidininkio“ sakė Fisher. „Viskas, ko mums reikia, tai lęšis, kuris fokusuotų šviesą ir tinkamos struktūros. Stiklas tinka abiems. Jis yra gaminamas masiškai ir tai nereikalauja daug darbo. Permatoma keramika gali būti net geresnė.“

Šią vasarą tyrėjai dirbs eksperimentuodami su koncentruota lazerio šviesa, o po to su saulės šviesa.